석탄, 석유 등 에너지 자원의 국제거래가격이 급등하는 가운데 차세대 무한 청정에너지원인 핵융합발전에 대한 관심이 커지고 있다.


우리나라는 2007년 6월 핵융합연구장치(KSTAR)에서 초전도 핵융합장치 운전과 최초 플라즈마 발생에 성공함으로써 세계에서 6번째로 핵융합기초연구 주도국에 진입, 세계를 놀라게 했다.

 

미국, 일본, EU 등 선진국이 핵융합발전 기술을 개발하기 위해 무한경쟁을 하는 가운데, 우리나라도 핵융합 발전시대를 열기위한 본격적인 행보가 시작되고 있다.


정부는 2005년 12월 '국가 핵융합에너지개발 진흥기본계획'을 확정하고, KSTAR 제작 및 ITER 참여로 확보한 기술을 바탕으로 2030중반 핵융합발전소를 건설한 후, 2040년대 핵융합발전을 상용화 한다는 로드맵을 정했다.
또 2006년 12월 국가핵융합에너지진흥법을 제정ㆍ공포해 정책적으로 뒷받침 하고 있다.
정부는 2040년 상용 핵융합발전소 건설을 위한 원천기술 확보를 목표로 ITER사업에 적극 참여하고 있다.

현재 ITER에는 15명의 한국 연구원이 근무하고 있으며, 10월중 2명을 추가로 파견할 예정이다.
2007년 9월 ITER 한국사업단(KO-DA)이 발족돼, 2008년 5월 초전도 도체 조달약정(PA) 체결하는 등 본격적인 업무를 수행하고 있다.

 


◆ 핵융합 발전이란?

 

물질에 계속 열를 가하면 고체, 액체, 기체, 플라즈마 상태로 변화하는데, 프라즈마 상태에서는 원자가 전자와 원자핵이 전리된 상태로 존재한다. 

플라즈마 상태에서 아주 높은 온도로 열을 가하면 원자핵 간 융합반응을 일으키게 되는데 이것이 열핵융합이다.

핵융합 반응과정에서 질량감소가 일어나며, 이 감소된 질량이 막대한 에너지로 바뀌게 되는데, 이때 발생하는 에너지를 활용해 발전하는 것이 핵융합발전이다
지구상에서 열핵융합 반응을 일으키기 위해서는 1억도 이상의 높은 온도가 필요하다

 

핵융합을 구현하는 방법으로는 크게 자기장 밀폐방식과 레이저방식이 있고, 자기장 밀폐방식에는 토카막(Tokamak) 방식과 스텔러레이터(Stellerator) 방식이 있다.


토카막(Tokamak) 방식은 프라즈마 전류를 이용해 자기장을 만들어 플라즈마를 자기장속에 밀폐하는 방법이다.
이중 토카마 방식이 현재 가장 진보한 방식이며, 한국 KSTAR이나 일본의JT-60SA, ITER도 토카막 방식을 채용하고 있다.

 

스텔러레이터(Stellerator) 방식은 외부코일을 이용해 자기장을 형성하고 이 자기장에 플라즈마를 가두어 놓는 방법이다.
온도, 밀도, 밀폐시간 면에서 토카마 방식에 비해 20% 수준이다.

 

레이저방식으로는 관성핵융합 방식이 대표적이다.
레이저로 고체 연료구슬에 충격을 가해 가열하는 방법인데 군사목적 연구에 주로 사용된다.

 

1980년대 이후 핵융합 과학기술이 비약적으로 발달해 이제는 핵융합에너지 실용화의 공학적 검증단계에 있다.

26일 경기도 용인시 주)한국전력기술 대회의실에서 개최된 세미나에서, 정기정 박사(ITER 한국사업단장)는 “핵융합발전은 과학적 입증의 단계를 지나 기술적 구현의 단계에 진입했다”며 “ITER 프로젝트의 출범은 핵융합에너지의 상용화를 위한 최종 공학적 입증을 위한 것”이라고 말했다.

 


◆ ITER 사업, 500MW 이상의 핵융합실험로 건설ㆍ운용

 

국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업의 목적은 500MW 이상의 핵융합실험로를 국제공동 건설 및 운영을 통해 핵융합에너지의 실용화를 위한 최종적 공학적 실증을 하려는 것이다.

 

현재 ITER 사업에는 한국, EU, 일본, 미국, 러시아, 중국, 인도 등 7개국이 참여하고 있다.
우리나라는 2003년 6월 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업에 참가했다.
사업에 참여하기 위해서는 엄격한 자격요건을 충족해야 한다.
참가국은 핵융합관련 기술 및 장치제작능력을 보유해야 하고, 가입당시까지 ITER 설계 결과 및 협상내용을 수용해야 하며, 현물 및 현금으로 전체 사업비를 분담해야 한다.
현재 카자흐스탄이 공식적으로 참여를 요청하여 협상이 진행중이다.

 

전체 사업기간은 2004년부터 2040년까지 건설, 운영, 감쇄, 해체 등 4단계로 진행될 계획이다.
핵융합실험로는 프랑스 카다리쉬에 건설되며, 최초 프라즈마 발생은 2018년 7월 예정이다.

 

ITER 전체 사업비는 총 112억 유로(약 14조원)이며, 이중 EU가 약 46%를 부담하고 나머지 6개 참가국이 각각 약 9%씩 분담한다.
전체 사업기간중 건설단계(2006~ 2015년)에는 10년간 총 51억 유로(약 6조원)의 건설비가 소요될 전망이다.

ITER 참여로 우리나라는 총 1조 6267억 이상의 분담금이 소요될 것으로 예상되며, 핵융합실험로 건설단계에서는 총 8767억원의 분담금을 부담해야 한다.
우리나라의 분담금중 현물분담금(약 6100억) 대부분은 국내산업체로부터 조달해 ITER에 납품할 계획이다.

 

ITER 사업에 참여하면 ▲ ITER 건설ㆍ운영 및 연구개발ㆍ참여기회의 보장 ▲ ITER관련 선진국 기확보한 배경지식 및 재산 실시권 확보 ▲ ITER 향후 확보한 기술 및 지적재산권의 공유 등 핵융합관련 권리를 향유할 수 있다.

 


▲ ITER 참여, 핵융합발전 핵심 및 원천기술 확보

 

미래 대체에너지원 확보를 통한 에너지 자립이 절실한 상황에서, ITER 사업의 참여는 위험부담을 최소화하면서 핵융합에너지 원천기술 확보 및 상용화를 앞당길 수 있는 기회이다.

 

정부는 2040년 상용 핵융합발전소 건설을 위한 원천기술 확보를 목표로 ITER사업에 적극 적으로 참여하고 있다.

이미 ITER에는 15명의 한국 연구원이 근무하고 있으며, 총 25~30명의 연구인력을 파견할 예정이다.

2007년 9월에는 ITER 한국사업단(KO-DA)를 발족하였다.
ITER 한국사업단은 우리나라에게 할당된 10개 조달품목 제작 및 납품, 핵심기술 개발, 전문인력 양성, 종합관리사업단 운영 등 ITER관련 제반업무를 수행한다.

특히 우리나라에게 할당된 조달품목에는 TF 초전도 도체, 진공용기 본체 및 포트, 브랑켓 일차벽 및 차폐블록, 삼중수소 저장 및 공급시스템, 진단장치 등 핵융합로의 핵심부분이 포함돼 핵심기술 및 원천기술의 확보가 가능할 것으로 기대된다.
특히 열차폐체 (Thermal Shield), 조립장비류 (Assembly Tooling)는 우리나라가 100% 자체 공급한다.
2008년 5월 초전도 도체 조달약정(PA) 체결을 완료하고 본격적인 발주준비를 하고 있다.
또 진공용기 본체 및 포트의 조달약정(PA)을 체결 준비중이다.

 

 

핵융합발전의 상용화가 이루어지면 에너지 안보 확보, 환경적ㆍ사회적 비용 절감, 초고온, 극진공 등 극한기술 활용분야의 산업기술 경쟁력 확보 및 차세대 국가 성장동력원으로 역할이 기대된다.

 

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